TEMA 7: CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA IES ANTONIO SEQUEROS

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TEMA 7: CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

1. El circuito eléctrico

a. Concepto de energía eléctrica

b. Características de un circuito de corriente continua

2. Magnitudes eléctricas

a. Intensidad de corriente

b. Resistencia eléctrica

c. Voltaje, tensión o diferencia de potencial

d. Ley de Ohm

e. Energía y potencia eléctrica. Efecto Joule

3. Elementos de un circuito

a. Generador de corriente eléctrica

b. Acumuladores de corriente eléctrica

c. Elementos de control y maniobra

d. Elementos de protección de circuitos

e. Receptores

4. Leyes de Kirchhoff

5. Distribución de energía eléctrica

a. Transformadores eléctricos (corriente alterna)

b. Caída de tensión en el transporte de electricidad

c. Cálculo de líneas

6. Simbología, esquemas eléctricos y planos

7. Circuitos eléctricos domésticos

a. Densidad de corriente y cálculo de secciones

b. Ejemplo de cálculo de secciones

8. Montaje y experimentación con circuitos eléctricos de cc

9. Normas de seguridad en instalaciones eléctricas

10. Ejercicios


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1. EL CIRCUITO ELÉCTRICO Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos empleados para la transmisión y control de la

energía eléctrica desde el generador hasta el receptor (lugar donde se consume)

Existen dos tipos de corriente eléctrica: continua (c.c.) y alterna (c.a.). En esta unidad estudiaremos

solamente la corriente continua, que es la proporcionada por dinamos, baterías y pilas.

a) Concepto de energía eléctrica

La materia está formada por elementos químicos llamados átomos. Cada átomo consta de varios tipos

de partículas:

El núcleo: formado por protones (carga eléctrica positiva) y neutrones (partículas sin carga)

La corteza: donde están los electrones, partículas con carga negativa

El estado natural de los átomos es neutro, es decir, tienen el mismo número de protones que de

electrones. Si por cualquier causa un átomo pierde un electrón se convertirá en un ion positivo o

catión, mientras que si gana un electrón se convertirá en un ion negativo o anión.

Si tenemos un grupo de cationes (con mucha avidez de captar electrones) y los ponemos en contacto

mediante un conductor con un grupo de aniones (con mucha necesidad de soltar electrones), se

generará una corriente eléctrica de unos hacia otros.

En la actualidad, se conocen diferentes métodos para producir electricidad, los más importantes son:

Generador de corriente continua o dinamo: Si se mueve rápidamente un cable en un campo

magnético próximo (imán permanente) se genera una corriente eléctrica a través del cable

https://youtu.be/nSzMROyfK6k

Mediante frotación: Al frotar una barra de ámbar contra un trozo de lana por ejemplo, uno le

roba electrones al otro, quedando ambos cargados eléctricamente.

Pilas de hidrógeno o pilas de combustible: se hace reaccionar hidrógeno líquido y oxígeno.

Placas fotovoltaicas: cuando inciden fotones sobre ciertos materiales (semiconductores) se

origina energía eléctrica.

https://youtu.be/nSzMROyfK6k


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b) Características de un circuito de corriente continua

Pueden encontrarse en dos estado:

Circuito cerrado: la corriente circula a lo largo del circuito, atravesando el receptor y

regresando al generador

Circuito abierto: no hay circulación de corriente, por lo tanto, no hay transmisión ni conversión

de energías. El receptor no funciona.

2. MAGNITUDES ELÉCTRICAS En electricidad hay tres magnitudes básicas: intensidad, resistencia y voltaje, que conviene entender

bien antes de pasar al estudio de otras magnitudes derivadas (energía y potencia)

a) Intensidad de corriente

Intensidad de corriente es la cantidad de electrones que circulan por un punto cualquiera del circuito

en la unidad de tiempo


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Como los electrones son una unidad de medida muy pequeña, se emplea el culombio (C), que es la

carga que tienen 6’24 x 1018 electrones.

La fórmula es:

I = Q/t

I = Intensidad de corriente en amperios (A)

Q = Carga en culombios (C)

t = tiempo en segundos (s)

Por tanto un amperio es la corriente que hay en un punto de un circuito cuando por él pasa un

culombio en un segundo. 1A = 1C/1s

El amperio es una magnitud bastante grande, por lo que es frecuente emplear submúltiplos como el

miliamperio (mA) y el microamperio (µA). La intensidad de corriente se mide con el amperímetro, que

se coloca en serie en el circuito, de manera que toda la corriente pase por él.

b) Resistencia eléctrica

Resistencia eléctrica es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica

Se representa con la letra R, y su unidad es el ohmio (Ω). La resistencia eléctrica depende del tipo de

material, de su longitud y de su sección, según la fórmula:


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R = ρ∙L / S

R = resistencia del material en ohmios (Ω)

ρ = resistividad en Ω∙mm2/m

L = longitud del cable en metros

S = sección del conductor en mm2

Se suelen emplear múltiplos del ohmio, como el kiloohmio (KΩ) y el megaohmio (MΩ)

La resistencia eléctrica se mide con un aparato llamado ohmnímetro u óhmetro. El ohmnímetro se

conecta en paralelo a lo que vayamos a medir, y desconectando previamente la corriente del circuito:

MATERIAL RESISTIVIDAD ρ (Ω∙mm2/m)

Plata 0,0164

Cobre 0,0172

Aluminio 0,0278

Constantán (60% Cu + 40% Ni) 0,5000

Oro 0,0230

Grafito 0,0460

Platino 0,1070

Atendiendo a su comportamiento frente a la corriente eléctrica, los materiales se pueden clasificar en :

Materiales aislantes: no conducen o son malos conductores de la electricidad, cerámica, vidrio

o la mayoría de los plásticos

Materiales conductores: conducen bien la electricidad aunque ofrecen cierta resistencia al

paso de los electrones


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Materiales superconductores: son materiales de última generación que no ofrecen ninguna

resistencia al paso de la corriente. El problema que tienen es que estos materiales para ser

superconductores tienen que ser enfriados. De momento el que ofrece esta propiedad a más

alta temperatura es el Hg0,8Tl0,2Ba2Ca2Cu3O8 a -135 oC.

Materiales semiconductores: permiten el paso de la corriente solamente cuando son

alimentados con un voltaje mínimo determinado. Se emplean en componentes electrónicos

c) Voltaje, tensión o diferencia de potencial

Se denomina voltaje, tensión o diferencia de potencial (ddp) a la energía necesaria para transportar la

unidad de carga (culombio) desde un punto a otro de un circuito eléctrico

El aparato encargado de proporcionar el voltaje en el circuito eléctrico es el generador.

La unidad del voltaje es el voltio (V). El aparato que se usa para medir la tensión se llama voltímetro y

se coloca en paralelo al elemento del cual queremos saber su tensión.

El múltiplo y submúltiplo más empleado es el kilovoltio (KV) y el milivoltio (mV)

d) Ley de Ohm

Es una fórmula que relaciona las tres magnitudes fundamentales estudiadas anteriormente:

V = I∙R

V = tensión en voltios (V)

I = intensidad en amperios (A)

R = resistencia en ohmios (Ω)


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e) Energía y potencia eléctrica. Efecto Joule

Se define como energía eléctrica consumida por un receptor al producto de la carga que lo atraviesa

multiplicado por el voltaje que hay entre sus bornes

Es decir:

E = Q∙V

E = energía suministrada en julios (J)

Q = carga que atraviesa el receptor en culombios ©

V = voltaje que hay entre sus bornes en voltios (V)

Según la definición de carga eléctrica tenemos que:

I = Q/t…………………………….Q = I∙t

Sustituyendo la carga en la fórmula de la energía nos quedará:

E = I∙t∙V

Como la potencia es P = E/t, tendremos que la potencia es igual:

P = (I∙t∙V)/t = I∙V

P = I∙V

P = potencia en watios (W)


V = voltaje en voltios (V)

Por la ley de ohm sabemos que V = I∙R y que I = V/R

Sustituyendo en la fórmula de la potencia obtendremos otras dos formas de expresar la potencia:

P = V∙(V/R) = V2/R

P = (I∙R) ∙I = I2∙R

P = V2/R P = I2∙R

La energía eléctrica será por tanto E = P∙t, por lo que tendremos que:

E = I2∙R∙t


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Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor (cable), parte de su energía se transformará en

calor. La cantidad de calor emitido dependerá de la resistencia del conductor (RC). A este fenómeno de

transformación de energía eléctrica en calor se le denomina Efecto Joule:

E = I2∙RC∙t

E = energía en watios (W)


RC = resistencia del conductor en ohmios (Ω)

t = tiempo en segundos (s)

3. ELEMENTOS DE UN CIRCUITO Todo circuito consta de los siguientes elementos: generador, acumulador, elementos de protección,

elementos de control y receptores.

a) Generador de corriente eléctrica

Los generadores de corriente eléctrica son todas aquellas máquinas que transforman cualquier tipo

de energía en electricidad.

Todos los generadores están constituidos internamente por un circuito que ofrece una cierta

resistencia al paso de los electrones, que se denomina resistencia interna (r). Este valor suele ser muy

pequeño y en muchos casos se suele despreciar

Tipos de generadores

Generadores de corriente continua: Se caracterizan porque la intensidad de corriente

que generan va siempre en el mismo sentido. Los más importantes son las dinamos y las

placas

Generadores de corriente alterna: Se caracteriza porque los electrones se mueven a lo

largo del conductor en un sentido y al instante siguiente hacia el otro.


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Acoplamiento de generadores

A veces suele ocurrir que en un mismo circuito hay acoplado más de un generador. El resultado

final dependerá de la forma del acoplamiento. Se pueden acoplar en serie, en paralelo o de

forma mixta.


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b) Acumuladores de corriente eléctrica

Los acumuladores de corriente son dispositivos eléctricos que valen para almacenar energía eléctrica

Los más empleados son condensadores (con muy pequeña capacidad), pilas y baterías (que son pilas

recargables)

Condensadores: constan de dos placas conductoras, separadas entre sí por un aislante. Cuando

se cargan se comportan como receptores, en la que la placa conectada al negativo se carga de

electrones y la conectada al positivo se carga de cationes. Sin embargo cuando se descarga, se

comporta como un generador. Los condensadores no dejan pasar la corriente continua, sólo la

alterna. Son muy empleados.

La cantidad de carga que puede almacenar un condensador dependerá de su capacidad (C) y

del voltaje a que esté sometido (V):

Q = C ∙ V

C = capacidad del condensador en fradios (F)

Q = carga del condensador en culombios (C)

V = voltaje del condensador en voltios (V)

Los condensadores también se pueden asociar en serie, en paralelo o de forma mixta:


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Pilas y baterías: Transforman la energía química en energía eléctrica y viceversa. Su

rendimiento supera el 90%. Tienen las siguientes características

Resistencia interna: Las pilas, gracias a su energía interna, transportan internamente

electrones del polo positivo al polo negativo (y por fuera de la pila del negativo al positivo).

El transporte de estas cargas internamente ofrece una resistencia llamada resistencia

interna de la pila (r)

Capacidad: Es la cantidad de electricidad que puede suministrar una pila o batería en una

descarga completa, se mide en amperios hora (Ah) o miliamperios hora (mAh). La capacidad

depende de los materiales y las dimensiones de la pila.

Fuerza electromotriz (e): Es el voltaje que hay entre sus bornes cuando está en circuito

abierto. Cuando el circuito al que está conectada está cerrado, la tensión en los bornes (V)

disminuye e es igual a:,

V = e – (r ∙ I)


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c) Elementos de control y maniobra

Permiten la apertura y cierre del circuito a voluntad del usuario. Los más usados son: interruptores,

conmutadores, pulsadores y relés.

d) Elementos de protección de circuitos

Son elementos que permiten proteger a las personas que están en las proximidades de las

instalaciones eléctricas, así como las mismas instalaciones frente sobreintensidades que puedan

provocar incendios.

Los más usados son: fusibles, interruptores magnetotérmicos e interruptores diferenciales:


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e) Receptores

Son aquellos elementos colocados en el circuito para que transformen la energía eléctrica en otro tipo

de energía (calorífica, mecánica, química, etc.)

Tipos de receptores: Dependiendo de la energía transformada, tenemos los siguientes:


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Acoplamiento de receptores: En corriente continua, todos los receptores, a efectos de cálculo,

pueden ser considerados como resistencias eléctricas. Los receptores se pueden acoplar en

serie, en paralelo, o mixto.

En serie: Dos receptores están acoplados en serie cuando la corriente que sale de uno

de ellos pasa íntegramente por el otro. La resistencia equivalente de todos los

receptores puestos en serie será:

RTOTAL = R1 + R2 + R3 +….


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En paralelo: La corriente que atraviesa uno de los receptores ya no pasa por ningún

otro. La resistencia total equivalente vendrá dada por la expresión:

RTOTAL = 1/(1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +…)

Mixto: Cuando hay recptores que están en serie y otros que están en paralelo.


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4. LEYES DE KIRCHHOFF Las leyes de Kirchhoff se aplican en el cálculo de circuitos que no se pueden resolver utilizando

solamente la ley de Ohm. Definiciones auxiliares:

Nudo: es todo punto del circuito donde convergen tres o más intensidades de corriente

Rama: es la porción comprendida entre dos nudos adyacentes

Malla: es la porción de circuito que recorremos partiendo de un nudo y regresando al mismo punto sin

repetir el paso por ningún punto

Primera ley de Kirchhoff: En cualquier nudo del circuito, la suma de las intensidades de

corriente que llegan es igual a la suma de las intensidades que salen

Segunda ley de Kirchhoff: En toda malla, la suma de las fuerzas electromotrices (tensiones que

producen los generadores) es igual a la suma de las caídas de tensión (debido a los receptores

existentes)


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Criterio de signos: Siempre, antes de la resolución de cualquier ejercicio es necesario definir, de

manera arbitraria:

Sentido de intensidad de corriente (I): Se elige al azar, si al final el signo de la intensidad

sale negativo, quiere decir que la intensidad tiene sentido contrario al que establecimos.

Sentido del recorrido (S): Se elegirá el mismo sentido de la corriente. Si la corriente

entra por el polo negativo del generador y sale por el positivo, se considerará su fuerza

electromotriz positiva. Por el contrario, si el sentido de la intensidad tomado entra por

el positivo y sale por el polo negativo, diremos que la fuerza electromotriz de ese

generador será negativa.

En este ejemplo tendremos que:

Va – Vb = V1 + V2 + V3 = I∙R1 + I∙R2 + I∙R3

Ley de Kirchhoff aplicada a una malla: Se denomina malla a un circuito cerrado en el que

puede haber varios generadores y receptores. En el ejemplo de arriba tenemos la ley de

Kirchhoff aplicada a una malla.

Ley de Kirchoff aplicada a varias mallas: Con frecuencia, los circuitos se complican más, como

el siguiente caso, para resolverlo seguiremos los siguientes pasos:

1. Se dibuja el esquema del circuito de manera clara, poniendo todos los elementos. El sentido

de las intensidades se escoge al azar.


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Tenemos dos nudos: a y b

Tenemos tres ramas, por las que pasarán tres intensidades diferentes: I1, I2, I3

2. Se aplica la ley de Kirchhoff a todos los nudos menos uno, porque siempre habrá una

ecuación que dependa de las demás, y debemos descartarla. En nuestro caso, como

tenemos dos nudos, pues sólo aplicamos Kirchhoff a un nudo, el que queramos

I2 = I1 + I3

3. Aplicamos la ley de Kirchhoff a tantas mallas como haya menos una, por la misma razón que

antes. En nuestro caso tenemos tres mallas:

e1 + e5 – e2 = (I1∙R1) + (I2∙R2) e1 + e4 + e3 – e2 = (I1∙R1) – (I3∙R3)

e3 – e5 + e4 = (-I2∙R2) + (-I3∙R3)

Descartamos cualquier malla, por ejemplo la 3. Y nos quedará un sistema de tres ecuaciones con tres

incógnitas, que resolvemos:

I2 = I1 + I3

16 + 24 – 6 = (I1∙8) + (I2∙6)

16 + 6 + 9 – 6 = (I1∙8) – (I3∙3)


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I2 = I1 + I3

34 = 8I1 + 6I2

25 =8I1 – 3I3

34 = 8I1 + 6(I1 + I3)

25 =8I1 – 3I3

34 = 14I1 + 6I3

25 = 8I1 – 3I3

(34 – 6I3)/14 = I1

25 = 8I1 – 3I3

25 = 8∙(34 – 6I3)/14 – 3I3; 25 = (272 – 48I3)/14 – 3I3; 25 = (272 – 48I3)/14 – (42I3)/14

25∙14 = 272 – 48I3 – 42I3; 350 = 272 – 90I3; 78 = 90I3; I3 = 78/90; I3 = 0,86A

(34 – 6I3)/14 = I1

(34 - 6∙0,86)/14 = (34 – 5,19)/14 = 28,8/14 = 2,05 A = I1

I2 = I1 + I3; I2 = 2,05 + 0,86 = 2,91 A = I2

Si hubiera dado alguna intensidad negativa significaría que el sentido real de la corriente es al revés del

que habíamos tomado al principio. Para terminar de calcular el circuito calculamos las caídas de

tensión en cada resistencia:

VR1 = I1∙R1 = 2,05∙8 = 16,4V = VR1

VR2 = I2∙R2 = 2,91∙6 = 17,46V = VR2

VR3 = I3∙R3 = 0,86∙3 = 2,58V = VR3


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5. DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA

ELÉCTRICA Ya hemos estudiado como se generaba la energía eléctrica, ahora vamos a ver cómo se puede

transformar el voltaje y la intensidad, cómo se puede determinar la caída de tensión y a calcular de

manera básica, líneas de transporte.

a) Transformadores eléctricos (corriente alterna)

Los transformadores eléctricos son máquinas estáticas que se emplean para transformar la energía

eléctrica primaria en energía eléctrica secundaria, elevando o reduciendo la tensión o la intensidad de

corriente alterna

Su funcionamiento se basa en el principio de inducción magnética que dice: siempre que exista una

variación de flujo electromagnético en un circuito estático o corte de flujo en un circuito en

movimiento, se genera una fuerza electromotriz. Por lo tanto los alternadores no pueden funcionar

con corriente continua, ya que la variación de flujo se produce debido al comportamiento de la

corriente alterna.

Los transformadores constan de tres partes fundamentales:

Chapas de hierro: es el lugar por donde circula el flujo magnético

Bobinado primario: formado por N1 espiras o vueltas, que se conecta a la red

Bobinado secundario: formado por N2 espiras, en donde se genera una fuerza electromotriz


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La tensión V1 genrará una corriente I1 y ésta a su vez un flujo magnético B. Este flujo cambiante B,

originará en el circuito secundario una fuerza electromotriz V2, que si cerramos el circuito con algún

receptor puede hacerlo funcionar.

Con objeto de evitar pérdidas debidas al cambio de flujo, los núcleos se construyen con chapas de

acero al silicio, finas, separadas mediante aislantes. El rendimiento de estas máquinas ronda el 99%,

por lo que a efectos de cálculo podemos suponer que no se pierde potencia eléctrica. Por eso

suponemos que:

P1 = P2

V1 ∙ I1 = V2 ∙ I2

V1/V2 = I2/I1 = m = relación de transformación

El número de espiras de primario y secundario son proporcionales a sus tensiones respectivas, por lo

tanto:

V1/V2 = N1/N2 = m

b) Caída de tensión en el transporte de electricidad

Para el transporte de la energía eléctrica resulta rentable aumentar la tensión antes de transportarla,

y cuando llegue al destino volver a bajarla, para evitar pérdidas por efecto Joule.

Para comprender este hecho vamos a suponer dos casos hipotéticos, en los que hay que suministrar

una potencia P = 1000KW, a una fábrica que dista 100 Km al punto de suministro. Para ello, se emplea

un cable de aluminio con una sección de 400 mm2

La resistencia que ofrece el cable será igual a:

R = ρ∙L / S

R = resistencia del material en ohmios (Ω)

ρ = resistividad en Ω∙mm2/m (0,027 para el aluminio)

L = longitud del cable en metros (200000 metros =100000 + 100000)

S = sección del conductor en mm2 (400)


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R = ρ∙L / S = (0,027 ∙ 400000)/400 = 13,5Ω = R

CASO A: ELEVAMOS LA CORRIENTE A 10 000 V

En este caso la intensidad que circularía por los cables sería:

I = P/V = 1000000/10000 = 100 A = I

La potencia disipada por calor en los cables debida al efecto Joule sería:

P = I2∙R = (100)2∙13,5 = 135000W = 135KW = P

CASO B: ELEVAMOS LA CORRIENTE A 100 000 V

En este caso la intensidad que circularía por los cables sería:

I = P/V = 1000000/100000 = 10 A = I

La potencia disipada por calor en los cables debida al efecto Joule sería:

P = I2∙R = (10)2∙13,5 = 1350W = 1,35KW = P

Se ve claramente que cuanto más aumentemos la tensión menos pérdidas se producen.


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c) Cálculo de líneas

Se trata de determinar qué sección mínima debe tener un cable para que las pérdidas de energía estén

por debajo de un valor determinado.

Si tenemos un generador de corriente continua (G) que se encuentra a una distancia (L) del receptor

(R), la diferencia de potencial entre los extremos del receptor (R), la diferencia de potencial entre los

extremos de este receptor (V1) es menor que la fuerza electromotriz del generador (e), debido a la

resistencia de los cables (RCABLE). Podremos decir que:

e = 2V2 + V1

Si 2V2 es la caída de tensión total en los cables podemos cambiar 2V2 = VCAÍDA

e = VCAÍDA + V1

VCAÍDA = 2V2 = 2R1∙I = 2(ρ∙L / S) ∙I

S = (2 ρ∙L∙I)/VCAÍDA

En función de la potencia será:

P = e∙I ; I = P/e

Sustituyendo en la fórmula de la sección tendremos:

S = (2 ρ∙L∙I)/VCAÍDA = (2 ρ∙L∙P)/(VCAÍDA∙e)

Si ponemos la caída de tensión en %, en vez de en valor absoluto tendremos que:

VCAÍDA = (% CAÍDA∙e)/100

Y sustituyendo en la fórmula de arriba obtendremos la fórmula final:

S = (200 ρ∙L∙P)/(% CAÍDA∙e2)

ó

%CAÍDA = (200 ρ∙L∙P)/(S∙e2)


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6. SIMBOLOGÍA, ESQUEMAS

ELÉCTRICOS Y PLANOS


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7. CIRCUITOS ELÉCTRICOS

DOMÉSTICOS Con objeto de que no se produzcan sobrecalentamientos en los conductores de la vivienda, por

efecto Joule, el reglamento electrotécnico de baja tensión (RBT), establece unas densidades de

corriente máximas

a) Densidad de corriente y cálculo de secciones

La densidad de corriente es el cociente entre la intensidad de corriente que circula por un conductor y

su sección.

δ = I/S

I = Intensidad en amperios (A)

S = sección en mm2

En la siguiente tabla aparecen los distintos valores de la densidad de corriente para conductores

desnudos (sin aislante). El valor de δ varía desde 2 a 9 aproximadamente, disminuyendo su valor a

medida que aumenta la sección


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b) Ejemplo de cálculo de secciones

Calcula la sección mínima que deberá tener la línea que alimenta una base de enchufe si en él

se va a conectar un radiador de potencia 3000W, siendo la densidad admisible de δ = 4 A/mm2

y el voltaje 220V.

Primero calculamos la intensidad:

P = V∙I ; I = P/V ; I = 3000/220 = 13,63 A = I

Ahora calculamos la sección sabiendo que δ = 4

δ = I/S ; S = I/δ ; S = 13,63/4 = 3,40 mm2 = S

Se quiere instalar en una feria una atracción de potencia 12 KW mediante un cable de cobre de

longitud 5000 metros. Calcula la sección mínima si la caída de tensión es del 2% y el

transformador aumenta 380V.

Primero calculamos la sección del cable a través de la fórmula:

S = (200 ρ∙L∙P)/(% CAÍDA∙e2)


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S = (200∙0,0172∙5000∙12000)/(2∙3802)

S = 714,68 mm2

Ahora calculamos la δ

δ = I/S ; δ = (P/V)/S

δ = (12000/380)/714,68 = 0,044 A/mm2 = δ

Vemos que para este valor de sección, el valor de la densidad de corriente está permitido

8. MONTAJE Y EXPERIMENTACIÓN

DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE C.C. Algunos de los circuitos típicos de c.c. son los siguientes:

Puente de Wheatstone: Se utiliza para determinar el valor de una resistencia desconocida, de

manera muy precisa.

Consta de cuatro resistencias, R1, R2, R3 y R4 una de las cuales (por ejemplo R4) se desconoce y se

quiere determinar. Se colocan de forma que la corriente que pasa por el amperímetro sea nula.

Esto implica que VBD = 0. Por lo que

VAB = VAD y VBC = VDC

Sustituyendo las tensiones por la intensidad y la resistencia:


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I1∙R1 = I3∙R3 y I2∙R2 = I4∙R4

Dividiendo ambas expresiones:

(I1∙R1)/(I2∙R2) = (I3∙R3)/(I4∙R4)

Por la condición de equilibrio se cumple que I1 = I2 y I3 = I4

R1/R2 = R3/R4

R4 = (R2∙R3)/R1

9. NORMAS DE SEGURIDAD EN

INSTALACIONES ELÉCTRICAS Las instalaciones interiores están reguladas por el RBT. Algunas de las normas son las siguientes:

Características de los conductores:

o Aislamiento: PVC, hasta los 750V los conductores rígidos y 440V los flexibles

o Identificación de colores (corriente monofásica): Amarillo-verde (a rayas) para las tomas

de tierra, azul, negro y marrón, para las fases.

o Secciones mínimas de los cables: 1,5 mm2 para el alumbrado. 2’5 mm2 para enchufes. 4

mm2 para lavadoras y calentador eléctrico. 6 mm2 para cocina, horno, aire

acondicionado, etc.

o Caída de tensión máxima desde el origen de la instalación hasta el punto de utilización:

1’5%

Situación de los conductores en las paredes: los cables que van por las paredes, dentro de

tubos, deben estar dentro de las zonas con fondo azul, tal como se muestra en la figura


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En los cuasrtos de baño o aseos, hay dos zonas restringidas, denominadas:

o Volúmen de prohibición, donde no se puede instalar ningún elemento eléctrico

o Volúmen de protección, en el que no se pueden instalar interruptores o

conmutadores

10. EJERCICIOS 1. Determina qué carga habrá pasado durante 2 horas por una bombilla si la intensidad ha sido de

0’5 A.

2. Calcula qué intensidad de corriente habrá circulado por un cable si por él han pasado 20C en 10

segundos

3. ¿A cuántos miliamperios y microamperios equivalen 0’27A?

4. ¿Cuánto tiempo tardarán en pasar 36 culombios si la intensidad es de 3A?

5. ¿Qué cantidad de electrones habrá atravesado un radiador si la intensidad ha sido de 8A y ha

estado funcionando durante 2 horas?

6. Determina la resistencia total que ofrece un cable de cobre cuya distancia entre el generador y el

receptor es de 250 m y tiene un diámetro de 4 mm.

7. Determina la resistencia que ofrece una barra de grafito de 2’5 m de larga y 3 cm2 de sección.

8. ¿Qué longitud deberá tener un hilo de cobre si su diámetro es de 0’3 mm y queremos que ofrezca

una resistencia de 7Ω?

9. ¿Puede ocurrir que la diferencia de potencial (ddp) en los extremos de un receptor tenga un valor

superior a la fuerza electromotriz (fem) del generador? ¿Por qué? ¿Y al revés?

10. Calcula la resistencia que tendrá un radiador eléctrico que, al conectarle una tensión de 220V,

deja pasar una intensidad de 8A?

11. Calcula la energía consumida en Wh, por un brasero eléctrico que se conecta a una tensión de

220V si su resistencia es de 17Ω y está funcionando durante 8 horas. Averigua también, la energía

calorífica producida en Kcal.

12. Calcula la carga almacenada en un condensador de capacidad 10 µF, que está conectado a una

batería de 12V


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13. Calcula la ddp en los bornes de una batería si su fem es de 4’5V, su resistencia interna r = 0’5Ω y

está acoplada a una bombilla de resistencia R = 6Ω

14. Determina la fem generada por tres dinamos, conectadas en serie, cuando la fem (en circuito

abierto) de cada una de ellas es: e1 = 9V, e2 = 6V, e3 = 4’5V. Si la resistencia interna de cada una es

de 1Ω y se encuentran conectadas a un receptor de 200Ω, ¿cuál será la energía perdida, por

efecto Joule, al cabo de 12 horas en los generadores?

15. Disponemos de dos pilas conectadas en serie para alimentar un electroimán. Sabiendo que la

resistencia interna del electroimán es de 6Ω y las fem, 4’5V y 12V, determina la potencia perdida,

debida al efecto Joule, y la tensión en los bornes de salida si la resistencia interna de cada pila es

de 1Ω.

16. Utilizando la tabla de colores, indica qué valor resistivo tendrán las siguientes resistencias fijas:

Amarillo-morado-blanco-rojo y negro-marrón-negro-marrón.

17. Un circuito eléctrico que alimenta las luces de un árbol de Navidad dispone de 35 lámparas

iguales, de 5Ω cada una, conectadas en serie. Sabiendo que se conectan a 220V, calcula: a)

intensidad total que atraviesa el circuito; b) potencia de cada lámpara; c) energía consumida si

están conectadas 8 horas.

18. Un circuito en serie dispone de dos lámparas y un motor de 8, 4 y 3Ω, respectivamente. Sabiendo

que se encuentra conectado a una batería de 12V, calcula: a) intensidad de corriente que

atraviesa el circuito; b) voltaje o tensión en cada uno de los receptores; c) energía consumida por

cada receptor al cabo de 10 horas.

19. Un circuito eléctrico está formado por tres bombillas y un motor de c.c. acoplados en paralelo.

Sabiendo que las resistencias tienen un valor de 3’5Ω y 7Ω y que la del motor es de 4Ω,

determina: a) intensidad que atraviesa todo el circuito; b) intensidades que circulan por cada

receptor; c) energía total consumida al cabo de cinco horas. El generador es de 12V.

20. Determina la intensidad total en siguiente circuito:

Suponiendo que R1 = 6Ω, R2 = 5Ω y R3 = 7Ω. La diferencia de potencial en los extremos de la pila es

de 12V.

21. Hay cuatro receptores en paralelo en un circuito, de valores resistivos: 7, 3, 9 y 6Ω. Si la tensión

de alimentación es de 6V, determina la energía total consumida al cabo de 24 horas y la

diferencia de potencial en los extremos del receptor de resistencia 9Ω.

22. ¿Cuántas espiras deberá tener el secundario de un transformador si el primario tiene 200 y se

desea una relación de transformación de m = 2?


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23. Para alimentar un horno eléctrico se utiliza un voltaje de unos 900V (c.c.) y una potencia de 10

KW. Calcula la sección que debe tener el cable de cobre, si su longitud es de 600 metros, para que

la caída de tensión sea del 1%.

24. Cuando un átomo pierde uno o varios electrones, se denomina:

a) Anión b) Catión c) Ión negativo d) Protón

25. La unidad de la intensidad de corriente es el :

a) Amperio b) Vatio c) Voltio d) Ohmio

26. El fenómeno de transformación de energía eléctrica en energía calorífica, debido a la resistencia

que ofrece un conductor, recibe el nombre de:

a) Efecto ohm b) Vatio c) Dinamo e) Efecto joule

27. Si disponemos de cuatro pilas en serie de 1’5V cada una, el voltaje final obtenido será de:

a) 3V b) 1’5V c) 6V d) 4’5V

28. Si se designa Q = carga, C = capacidad, V = voltaje, P = potencia e I = intensidad, la cantidad de

carga que puede almacenar un condensador (en culombios) es igual a:

a) VC b) QC c) PV d) PI

29. Si disponemos de dos condensadores acoplados en serie de capacidades C1 = 5µF, y C2 = 7µF, el

condensador equivalente es igual a:

a) 5 µF b) 2’91 µF c) 10 µF d) 12 µF

30. A un elemento de control que permite cerrar o abrir un circuito desde dos puntos distantes se le

denomina:

a) Interruptor bipolar b) Magnetotérmico c) Relé d) Conmutador

31. Si un receptor o cable tiene un mal aislamiento y una pequeña parte de la corriente se va a tierra,

se dispara un dispositivo, denominado:

a) Magnetotérmico b) Diferencial c) Relé d) Fusible

32. Quiero fabricar un transformador para obtener 22V cuando lo conecto a la corriente alterna de

220V. Si el secundario tiene 150 espiras. ¿Cuántas espiras le tengo que poner al primario?

a) 15 b) 150 c) 220 d) 1500

33. ¿Cómo se deben acoplar los generadores en serie y en paralelo? ¿Qué ventajas proporcionan

cada uno de estos acoplamientos?

34. ¿A qué se llama sentido convencional de la corriente? ¿Qué relación guarda con el sentido que

tienen los electrones en un circuito?

35. ¿Qué unidad de medida se emplea para medir la capacidad de una batería? ¿Qué relación tiene

con los culombios?

36. ¿Qué dicen la primera y la segunda ley de Kirchhoff?

37. Calcula la resistencia que ofrece un cable de aluminio de 1500 metros de longitud si tiene un

diámetro de 2 mm

38. Determina la energía (en KWh) que se habrá consumido si se sabe que por el receptor han pasado

310 culombios y el voltaje es de 90V

39. Calcula cuánto valdrá el condensador equivalente a otros tres iguales de valores 8 µF cada uno

conectados en: a) serie b) paralelo


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40. Averigua la carga total acumulada en cada uno de los acoplamientos de condensadores del

ejercicio anterior, suponiendo que se encuentren conectados a 18V

41. ¿Qué intensidad media de corriente (en amperios) habrá circulado por un circuito eléctrico si se

han descargado completamente 30 condensadores colocados en paralelo de 10 µF cada uno en

un tiempo de 0’5 segundos? El voltaje es de 100V

42. Calcula la capacidad total de tres condensadores de capacidades C1 = 4 µF, C2 = 36 µF y

C3 = 128 µF conectados en serie. ¿Qué carga almacenarán si se han conectado a 220V?

43. Determina cuál será el voltaje entre los bornes de una batería si su resistencia interna es de 0’7Ω,

su fuerza electromotriz, 12V, y se halla conectada a un circuito con dos bombillas en paralelo de

valores resistivos R1 = 3Ω, y R2 = 4Ω

44. Averigua el tiempo que tardará en recargarse una batería si su capacidad es de 60Ah y se

suministra una intensidad contante de 13A. ¿Qué capacidad, en cuanto a culombios, tendrá la

batería una vez cargada?

45. Calcula la intensidad de corriente que atravesará dos bombillas conectadas en serie si sus

resistencias son R1 = 4Ω y R2 = 7Ω. Ambas están conectadas a una pila de 12V (se desprecia la

resistencia interna de la pila y del cable). Determina también, la ddp en los extremos de cada

bombilla.

46. Averigua la energía total consumida al año por las lámparas del ejercicio anterior si están

conectadas una media de 4 horas diarias.

47. Calcula la ddp entre los bornes de una batería y entre los extremos de dos bombillas conectadas

en paralelo si la fem de la batería es de 14V y las bombillas tienen valores resistivos de R1 = 7Ω y

R2 = 5Ω. La resistencia interna de la batería es de 0’6Ω.

48. Determina la potencia de cada lámpara del ejercicio anterior

49. Calcula la energía total consumida, diariamente, por tres lámparas de valores R1 = 6Ω, R2 = 5Ω y

R3 = 3Ω, en el que R1 y R2 están en paralelo y R3 en serie, si están conectadas a un generador de

c.c. de 24V

50. Determina la intensidad, así como la diferencia de potencial, en cada uno de los extremos de las

resistencias del circuito adjunto

51. ¿Qué sección mínima deberá tener un cable si la ddp en el punto de conexión es de 380V, dista

200 metros y queremos que tenga una caída de tensión menor de 1’5%? El cable es de aluminio y

la potencia a transmitir 100 CV

52. Averigua si la sección calculada en el ejercicio anterior está dentro de lo permitido por la

legislación española.

53. Resuelve el siguiente circuito aplicando las leyes de Kirchhoff


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TEMA 7: CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

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